Virus- og prionsykdommer

PBM233 – Mikrobiologi 08.02.2005Siri Mjaaland

Oppsummering• Mange ulike virus – 6000 arter – enorm diversitet

• Virus – parasitt på cellenivå – avhengig av levende cellerfor replikasjon. Har også en ekstracellulær fase – viktig for spredning

• Fleste – fordelaktige for verten – som kan være alle levende celler

• Noen få - sykdomsfremkallende

Oppsummering

Klassifisering av virus:

• Vertsspekter• Symmetri (ikosaedral /helikal)• Type nukleinsyre (DNA/RNA, ss/ds, +/-)• Kappe/nakne• Replikasjonsstrategi

Virusklassifisering

• Vertspreferanse• Morfologi• Nukleinsyreegenskaper• Genetisk slektskap• Kappe versus nakne• Virionets diameter

• Antall kapsomerer• Immunologiske

egenskaper• Intracellulær lokalisering• Frigjøringsmetode

• Hva slags sykdom som forårsakes av viruset

Oppsummering

Replikasjonsstrategi:

1) Initiell fase » Adsorpsjon» Penetrasjon» Fusjon

2) Replikasjonsfase

3) Modning / frigjøringsfase

Sykdomsfremkallende virus

• De mest prevalente infeksiøse sykdommene – særlig i u-land – er virussykdommer – (vanskelig å behandle)

• De fleste virussykdommer er akutte, selvbegrensende infeksjoner

• Noen er alvorlige i normale friske voksne

Virus-vert interaksjoner VERTEN (cellen): INTERFERON I (IFN)

•IFN I: antivirale cytokiner, induseres av virale replikasjonsprodukter (som dsRNA)

•Binding av IFN I til spesifikke celleoverflate reseptorer trigger intracellulær IFN signalering

•Induserer uttrykk av et stort antall IFN-stimulerte gener

•Setter vertscellen i en antiviral, antiproliferativ og immunregulerende tilstand

VIRUS: MOTSTRATEGI

•A) Blokkering av IFN induksjon/uttrykk

•B) Forstyrrer IFN I reseptorbinding via”falske” virale reseptorer

•C) Forstyrrelse av intracellulær IFN signalrute

•D) Direkte nedregulering av ekspresjonsnivå av anti-virusgener

Samspill mellom IFN I og HCV

• HCV kodete NS5A og E2 proteiner: interagerer og hemmer funksjon av PKR

•NS5A : forstyrrer cross-talk mellom MAPK (mitogen aktivert protein kinase) og JAK-STAT rutene

Hepatitt C virus

Samspill mellom IFN I og HSV

• ICP0-proteinet blokkere JAK-STAT rute: nedregulerer direkte ekspresjonsnivå av ISG

•HSV-proteinet Us11 – er en hemmer av PKR

•HSV kodet ICP34.5: forbigår effekt av PKR på translasjonskontroll, ved å rekruttere cellulær protein fosfatase 1α (PP1-α) til å defosforylere eIF-2α

•HSV koder 2’,5’-adenosin derivater for å blokkere 2’,5’-oligo adenylat syntetase (OAS)-RNase L rute

Herpes simplex virus

Samspill mellom IFN og vaccinia virus (VV)• koder for løselige IFN-reseptorer (B8R and B18R) - blokkerer binding av IFN

•E3L– koder for dsRNA-bindende protein: hemmer aktivering av PKR og blokkerer IFN-responser ved å ødelegge dsRNA molekyler

•K3L-genet koder for en eukaryot initieringsfaktor 2, α –subenhet (elF-2α) homolog som interferer med PKR ved å virke som et pseudosubstrat

•både K3L og E3L genproduktene blokkerer trolig IFN-indusert OAS antiviral rute

• VH1= viral fosfatase; forstyrrer IFN signalrute via defosforylering av STAT1

Vaccinia virus

Samspill mellom IFN I og influensa virus

• influensavirus aktiverer P58IPK –mediert vertscelle stress-responsrute. Bruker denne mot vertscellen: dirigerer P58IPK til å blokkere aktivering av PKR

•NS1 – et dsRNA-bindende protein, blokkerer dsRNA- avhengige ruter – inkludert indusjon av IFN I uttrykk

•NS1 samspiller også direkte med PKR og hemmer dets kinasefunksjon

•NS1 – kan også interferere med med funksjonen av IRF (interferon regulerende faktorer)

Forkjølelse og influensa

• Influensa – dobbelt så vanlig som alle andre infeksiøse sykdommer

• Forkjølelse - 15 x oftere enn alle andre infeksiøs sykdommer

Forkjølelse

• 75 % : rhinovirus – ssRNA – picorna: vanligst. Minst 115 ulike serotyper

• 15 % : coronavirus – ssRNA –

• 10 % :– Adenovirus– Coxsackievirus– Respiratorisk syncytial virus (RSV)– Orthomyxovirus

Influensa virus

ssRNA

8 gensegmenter

HA og NA overflateglykoprotiener

-Kappevirus

-HA og NA –overflateproteiner (antigen drift)

-ssRNA

-Segmentert genom (antigen shift)

Influensa

• Antigen drift• Rask forandring (mutasjoner) av virus overflatemolekyler som

et resultat av funksjonell seleksjon (for å unnslippe vertens nøytraliserende antistoffer)

• Antigen shift• Ko-infeksjon av en enkelt celle med to ulike virus (1 and 2)• Segmentene fra begge infiserende virus kan blandes

(reassortering). • Bare mulig for virus med et segmentert genom

Antigenic shift in influenza virus

Influensa virus reservoar

• Ville akvatiske fugler -opprinnelig reservoar for alleinfluensa – både aviære og andre pattedyr

•Overføring mellom gris og menneske er påvist

•Mye tyder på overføring mellom ville ender og andre arter (mennesker, gris osv)

Fugleinfluensa• Fugleinfluensa

• STOR variasjon av Influensa A virus i hos fugl, særlig andefugl• Smitter SJELDEN over til andre dyreslag – for eksempel pattedyr

• Influensa A generelt• Kan deles inn i subtyper (HA og NA)• 15 ulike HA• 9 ulike NA• Alle kombinasjoner av disse kan forekomme

• Fugleinfluensa• Alle varianter forekommer• Fuglene blir sjelden syke – virus godt tilpasset verten – virusene er stabile

Fugleinfluensa• Smitte til andre, nye fuglearter

• Kraftigere sykdom• Endret seleksjonspress: viruset forandrer seg• eks.: høns /hønsepest:

– To subtyper, H5 og H7, spesiell evne til å endre egenskaper- på kort tid går de fra å være ”uskyldige” til å bli dødelige

• Smitte til pattedyr• Betydelig større overgang enn til høns• Smitte skjer derfor meget sjelden• Trodde: overgangen så vanskelig at virus måtte først tilpasses i en annen vert –

for eksempel gris• Smitte direkte til menneske

• Første gang 1997 – Hong Kong• 18 tilfeller, 6 døde• Smitte fra dødelig fugleinfluensa i høns fra Hong Kong

Fugleinfluensa –Hong Kong 1997

H9N2H5N1

H5N1 H9N2

Fugleinfluensa

• Siste utbrudd: svært alvorlig H5N1-utbrudd

• Startet i 2003• Stor sykelighet og dødelighet i hønsebestander• Januar 2004: mennesker smittet - 23 av 34 døde!!• Blusset opp igjen i juli 2004• Nye dødsfall blant mennesker fra august• Slutten av desember 2004: økende antall sykdomstilfeller og dødsfall

• Viruset har IKKE så langt utviklet evne til å smitte LETT mellommennesker

Influensa pandemi• Fugleinfluensavirus er lite smittsomt mellom mennesker

• Det nåværende H5N1 gir trolig ikke et nytt verdensomspennende utbrudd (pandemi)

• Influensavirus – forandrer seg• Smittes et menneske av både fugleinfluensavirus og vanlig influensa samtidig:

cellene i kroppen KAN produsere en krysning – reassortant• Kan gi et NYTT virus – som INGEN har immunitet mot

• Tidligere influensa pandemier• 1918-19: Spanskesyken• 1957: Asiasyken• 1968: Hong-Kong syken

Antigenic shift in influenza virus

Hvorfor er det vanskelig å behandle virussykdommer?

Virus – gener i drift

• Acellulære enheter med genom innesluttet i en proteinkappe (av og til med membran)

• Inneholder RNA eller DNA, ikke begge

• Reproduserer bare innen levende celler– forårsaker derfor store medisinske problemer

• Det er vanskelig å forhindre at et antiviralt middel ikke skader cellen

• Til tross for dette er enkelte antivirale agens blitt utviklet

Kontroll av virusinfeksjoner

• Vektor kontroll (gul feber, dengue)

• Immunisering / vaksinering

• Aktivering av vertsresistens (IFN I-stim)

• Medikamenter

Kontroll av virussykdommer ved vaksinering

• Flere alvorlige virale sykdommer som rabies og kopper er kontrollert via immunisering

• Barnesykdommer:MMR-vaksine:» Meslinger (paramyxovirus) - ssRNA» Kusma (paramyxovirus) - ssRNA» Rubella (Togavirus) – ssRNA

» Attenuerte virusvaksiner

Influensavirus vaksine

• Må lages mot hver enkelt virusvariant

• Må derfor vaksineres på nytt hver høst for å være beskyttet

Infeksjoner - immunresponser

Kontroll av virusinfeksjoner

• Medikamenter

– Selektiv toksisitet– Blokkering av viral replikasjon– Inhibering av viral DNA / RNA syntese– Inhibering av modning / frigjøring av virus

TAMIFLU

Neuraminidase hemmere

Zanamivir og oseltamivir (Tamiflu) - designet utfra 3D-strukturen på neuraminidasens aktive sete – hemmer replikasjon av både influensa A og B

Prodrug oseltamivir phosphate (Tamiflu) (GS 4104) omdannes hovedsakelig av hepatiske esteraser til oseltamivir carboxylate (GS 4071)

Reduserer varighet og omfang av influensa ved tidlig bruk

Neuraminidase-hemmer

Influensa hemmere

AmantadineRimantadine

-hemmer uncoating av virus

-kan også hemme virus assembly

TAMIFLU

•Stor gruppe komplekse dsDNA virus -Forkjølelsessår -Genitale sår -Vanlig med latente infeksjoner

Acyclovir

Hemming av herpesvirus DNA polymerisering

Effekt av Acyclovir på HSV

Forkjølelse -behandling- de fleste antivirale midler er ineffektive

• Nye antivirale medisiner designes basert på informasjon avledet fra 3D-strukturer

- Eks.: antirhinovirusWIN 52084- Binder seg til virus – forandrer 3D-struktur av virusoverflaten;

forstyrrer cellulært bindingssete – forhindrer dermed infeksjon- Er også effektivt som behandling – forhindrer at forkjølelse

påbegynnes

• IFN-alfa